JP4460262B2 - 移動通信システムにおけるデータ通信方法 - Google Patents

Description

本発明は次世代移動通信システムに係り、特にＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を受け入れられる移動通信システム及びこれにおける通信方法に関する。

移動通信システムにおけるネットワーク構造は、システム全般に影響を与えうる重要な要素であって、ネットワーク構造によってネットワークを構成するそれぞれのネットワーク要素の機能と役割とが異なる。過去の移動通信システムは、既存の有線電話システムと連動して、回線スイッチを中心に発達してきたが、データ通信の需要増加につれて、これを受け入れられる方案が模索されている。初期には、パケットよりなるデータ情報を、既存の回線スイッチで使用可能に変換して伝送する方式を使用したが、データ伝送速度などの問題によって、パケットの伝送可能な構造を追加する方式が開発された。

一方、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）では、このような方式を発展させて、図１に示すように、移動通信システムで回線データとパケットデータとをどちらも受け入れられるネットワーク構造が提案されている。提案されたネットワーク構造は、無線アクセスネットワーク（Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＲＡＮ）１１と、コアネットワーク（Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＮ）１３よりなり、各ネットワーク１１，１３は、移動通信サービスを提供するための機能を有するネットワーク要素より構成される。

ＲＡＮ１１は、移動端末機の無線接続と移動性などを処理し、ＣＮ１３は、ＰＳＴＮ（Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や、インターネット網との連結を処理する。

ＲＡＮ１１は、ハンドオーバーコントロール，アドミッションコントロールなどの役割を行うＲＮＣ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と無線で移動端末機と通信を行う基地局（すなわち、Ｎｏｄｅ Ｂ）で構成されている。

ＣＮ１３において、音声通信は、ＭＳＣ（Ｍｏｂｉｌｅｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ）を通じてＰＳＴＮに連結され、パケットデータ通信は、ＳＧＳＮ（Ｓｅｒｖｉｎｇ ＧＰＲＳ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｎｏｄｅ）／ＧＧＳＮ（Ｇａｔｅｗａｙ ＧＰＲＳ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｎｏｄｅ）を通じてインターネット網と連結される。すなわち、既存のネットワーク構造では、ＲＡＮ１１は基地局を介して移動端末機に接続され、ＣＮ１３はインターネットまたは公衆電話網に接続される。

しかし、このようなネットワーク構造は、私設網内ではユーザのサービスを保証できるという長所はあるが、システムのアクセスネットワークの設置及び管理に多くの費用がかかる。また、各ネットワークとの連結部分であるゲートウェイにトラフィックが集中し、各ネットワーク毎に私設アクセスネットワークのために制御処理部のプロトコルを再び定義せねばならず、パケットサービスに適しないだけでなく、インターネット網のようなパケット網との連動のために、ゲートウェイで別途の変換段階などを必要とするなど、いろいろな問題点がある。

一方、次世代移動通信システムでは、ＲＡＮ，ＣＮ，公衆電話網やインターネット網のような公共ネットワークなどからなる複雑なネットワークの構造が単純化されており、全てオンネットワークを１つのネットワークに統合するために、ＩＰパケット網を基盤とする統合インターネットプロトコル（Ａｌｌ−ＩＰ）概念を導入している。ところが、既存のネットワーク構造は、前記したような問題点から、このような統合インターネットプロトコル基盤の移動通信システムには適用し難い。

本発明が解決しようとする技術的課題は、次世代移動通信システムにおいて、汎用のＩＰを使用することによって他システムとの連動が容易に単純化された移動通信システムを提供するところにある。

また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記移動通信システムにおいて、制御情報データとユーザデータを二元化して処理するデータ通信方法を提供するところにある。

前記技術的課題を解決するために、本発明に係る移動通信システムにおけるデータ通信方法は、ＩＰｖ６（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ６）インターネットプロトコルにより運用される公衆インターネット網上で発信地移動端末機と目的地移動端末機間のパケットデータ伝送のためのゲートウェイ機能を行う複数のＩＰルータと、前記公衆インターネット網上の任意の位置に存在し、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機の初期登録、ＩＰルーティング及びルート最適化、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機の移動性管理を行うホームエージェントと、前記公衆インターネット網上の任意の位置に存在し、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機の前記公衆インターネット網接続のための認証、利用権限検証及び課金機能を行い、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機に関連したＡＡＡ情報を貯蔵しているＡＡＡサーバーと、前記ＩＰルータに連結されて前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機と前記ＩＰルータとを接続させ、全般的な無線リンク機能を行うＲＡＰとを含み、前記ホームエージェント、前記ＡＡＡサーバー、及び前記ＲＡＰは仮想私設網サービスを受け入れるように具現される移動通信システムにおけるデータ通信方法であって、（ａ）第１通信方法を用いて制御情報データを伝送する段階と、（ｂ）第２通信方法を用いてユーザデータを伝送する段階と、を含み、前記制御情報データ及び前記ユーザデータは二元化された方法により処理されて伝送され、前記（ａ）段階は、（ａ１）システム初期化時に前記ＲＡＰ間、前記ＲＡＰと前記ホームエージェント間及び前記ＲＡＰと前記ＡＡＡサーバー間に仮想私設網サービスを通じて通信を行って安全な通信経路を確保する段階と、（ａ２）前記制御情報データを所定の方式で暗号化した後、前記暗号化された制御情報データに前記ユーザデータより高い優先順位を設定し、前記通信経路を通じて伝送する段階と、を含み、前記（ｂ）段階では前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機のユーザデータを前記ＲＡＰを通じて前記公衆インターネット網に直ちに伝送する。

本発明によれば、制御情報データを伝送するための複雑なネットワーク構造が不要で、汎用で使われているＩＰを用いるため、他のシステムとの連動が容易で、システム設置時の拡張性に優れ、システムのプロトコルスタックが簡単でかつシステムの取付けコストを大幅に低減しうる。

以下、本発明の望ましい実施例について添付した図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、本発明に係る次世代移動通信システムの一実施例を示す図面である。公衆インターネット網２１は、複数のＩＰルータ２２ａないし２２ｄ，ホームエージェント２４及びＡＡＡサーバー２５を有し、各ＩＰルータ２２ａないし２２ｄには複数のノード、ここでは無線アクセスポイント２３ａないし２３ｄが接続される。

各構成要素の説明に先立って、データは、ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ） ＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｎｔｓ）２４６０で規定したＩＰｖ６（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ６）のようなインターネットプロトコルによって公衆インターネット網２１上で通信すると仮定する。

ＩＰルータ２２ａないし２２ｄは、公衆インターネット網２１上で、通常のインターネットアドレッシング及びルーティングプロトコルを用いて、発信地ノードと目的地ノード間のパケットデータ伝送のためのゲートウェイ機能を実行する。

ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、移動端末機が無線で接続可能であり、ＩＰルータ２２ａないし２２ｄに有線で連結され、移動端末機と公衆インターネット網２１、移動端末機相互間を相互連結させるためのものであって、全般的な無線リンク機能だけでなく、一種のルータ機能を処理する。

ＲＡＰ２３ａないし２３ｄ間、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄとホームエージェント２４、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄとＡＡＡサーバー２５は、仮想私設網サービスを通じてシグナリング経路を設定する。これによれば、任意の移動端末機が移動通信サービスを受けようとする場合、移動端末機が位置する各ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、他のＲＡＰ２３ａないし２３ｄ、ホームエージェント２４またはＡＡＡサーバー２５に設定されているＶＰＮ（Ｖｉｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）シグナリング経路を通じて保安を保ちつつ通信することが可能である。

ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、図１に示された既存の３ＧＰＰで提案されたネットワーク構造において、ＲＮＣ，ＧＧＳＮ及びＭＳＣの役割を果たす。したがって、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、呼出設定のためにＳＩＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、電話サービスのためのルーティングプロトコルとしてＴＲＩＰ（Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ Ｒｏｕｔｉｎｇ ｏｖｅｒ ＩＰ）、電話番号のようなＥ．１６４番号とＤＮＳ（Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ）との対応のためにＩＥＴＦのＥＮＵＭ ＷＧで定義したプロトコルなどを使用しうる。

一方、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、音声通信，画像電話，データ通信のような通信の種類によって適切なサービス品質に対応するネットワーク上の資源を確保しなければならないが、設定された経路に沿って資源を確保するプロトコルであるＲＳＶＰ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ＲｅＳｅｒＶａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）またはパケットの優先順位を設定して伝達するＤｉｆｆＳｅｒｖ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）により資源確保がなされるか、２種のプロトコルを連係して資源確保がなされうる。

また、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、移動端末機が、隣接したＲＡＰまたは遠く離れたＲＡＰに位置を変えれば、マイクロモビリティープロトコルが動作して速かにハンドオーバーを行い、資源確保もハンドオーバー地域でのみ変更される。この際、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄで生成される移動端末機のバインディング更新メッセージは、ＩＰルータ２２ａないし２２ｄを通じてホームエージェント２４に伝えられる。

ホームエージェント２４は、有線網である公衆インターネット網２１で受け入れられる、あらゆるＲＡＰ２３ａないし２３ｄを制御し、移動端末機の初期登録，ＩＰルーティング及びルート最適化，移動端末機のアドレス管理及び移動情報管理，トンネリング及び逆トンネリングなどを行うためのものであって、移動端末機の仮想私設網サービスを受け入れられるように構成されることが望ましい。

特に、移動端末機の移動性を管理して補助するために、ホームエージェント２４は、移動端末機が元々属していたホームネットワークから外れて、他の外部ネットワークに接続する時、バインディング更新メッセージを通じて伝達される情報を、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄから受信して、移動端末機が移動する位置情報を該当データベースに貯蔵する。この際、ホームエージェント２４は、移動端末機に対する位置情報として、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄのホームＩＰアドレスをテーブルで管理し、必要に応じて移動端末機に対する伝送データをトンネリング及び暗号化を通じてＲＡＰ２３ａないし２３ｄに伝達する。

すなわち、発信地移動端末機が、目的地移動端末機のホームＩＰアドレスだけを知ってホームネットワークにパケットデータを伝送すれば、ホームエージェント２４がパケットデータを分析し、分析結果に該当する目的地移動端末機の位置情報をデータベースから抽出して、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄを通じて、現在目的地移動端末機が位置するネットワークに伝達する。ホームエージェント２４で使われる移動性関連プロトコルとしては、マクロモビリティーに対してＩＥＴＦの移動ＩＰプロトコル、マイクロモビリティーに対してセルラーＩＰ，ＨＡＷＡＩＩなどがあり、ハンドオーバー機能実行時に、現在連結の情報を伝達するコンテキストトランスファプロトコル、ハンドオーバーのためのハンドオフ候補ノード発見のようなプロトコルが適用されうる。

ＡＡＡサーバー２５は、移動ＩＰ基盤での加入者サーバーの役割を行いつつ、移動端末機の公衆インターネット網２１への接続のための加入者の認証，利用権限検証及び課金機能などを行い、各移動端末機に関連したＡＡＡ情報を貯蔵している。このためにＡＡＡサーバー２５は、ＲＡＤＩＵＳ（Ｒｅｍｏｔｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｄｉａｌ Ｉｎ Ｕｓｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ），ＤＩＡＭＥＴＥＲまたはＣＯＰＳ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｏｐｅｎ Ｐｏｌｉｃｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ）のようなプロトコルを使用でき、ホームエージェント２４と同様に移動端末機のＶＰＮサービスを受け入れるように構成されることが望ましい。

ここで、ＲＡＤＩＵＳプロトコルは、Ｃ．Ｒｉｇｎｅｙ，Ｓ．Ｗｉｌｌｅｎｓ，Ａ．Ｒｕｂｅｎｓ及びＷ．Ｓｉｍｐｓｏｎによる「Ｒｅｍｏｔｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏ
ｎ Ｄｉａｌ Ｉｎ Ｕｓｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＲＡＤＩＵＳ）」，ＲＦＣ ２８６５
，Ｊｕｎｅ ２０００に、ＤＩＡＭＥＴＥＲプロトコルはＰ．Ｒ．Ｃａｌｈｏｕｎ，Ｊ．Ａｒｋｋｏ，Ｅ．Ｇｕｔｔｍａｎ，Ｇ．Ｚｏｒｎ及びＪ．Ｌｏｕｇｈｎｅｙによる「ＤＩ
ＡＭＥＴＥＲ Ｂａｓｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｄｒａｆｔ，ｄｒａ
ｆｔ−ｉｅｔｆ−ａａａ−ｄｉａｍｅｔｅｒ−１１．ｔｘｔ，Ｊｕｎｅ ２００２に，ＣＯＰＳプロトコルはＤ．Ｄｕｒｈａｍ，Ｊ．Ｂｏｙｌｅ，Ｒ．Ｃｏｈｅｎ，Ｓ．Ｈｅｒｚｏｇ，Ｒ．Ｒａｊａｎ及びＡ．Ｓａｓｔｒｙによる「Ｔｈｅ ＣＯＰＳ（Ｃｏｍｍｏｎ
Ｏｐｅｎ Ｐｏｌｉｃｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」，ＲＦＣ ２７４８，Ｊ
ａｎｕａｒｙ ２０００に各々詳細に記述されている。

すなわち、既存の移動通信システムでは、移動端末機の移動性管理またはＡＡＡなどの機能を行う各装備を固有の私設網で階層的に構成したが、本発明に係る移動通信システムは、このように経済的に負担になる私設網を構成する代わりに、公衆インターネット網を用いつつＶＰＮを適用するものである。

図３は、図２に示された移動通信システムにおいて、データ通信方法を説明するフローチャートである。移動端末機の制御情報データなどがＲＡＰ２３ａないし２３ｄ間、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄとホームエージェント２４間、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄとＡＡＡサーバー２５間に保安が保証可能な方法を使用してカプセル化されて伝送される。

３１段階において、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄは、システム初期化時に周囲の他のＲＡＰ２３ａないし２３ｄ、ホームエージェント２４及びＡＡＡサーバー２５と通信を行って保安手続きを経て安全な通信経路を確保する。この際、設定された経路は、移動端末機の制御情報データ伝送のために使われるものであって、図４に示すように保安が保障された通信のためにＶＰＮなどを使用でき、制御情報データを一般のユーザデータより優先順位に設定するために、ＲＳＶＰなどを用いられる。

３３段階では、図２の移動通信システムにおける移動通信のための制御情報データを、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄ，ホームエージェント２４及びＡＡＡサーバー２５のような送信側から伝送するが、このためにＶＰＮ等であらかじめ約束された方式で暗号化を先に行った後、ＲＳＶＰなどの順位設定法則によって高い優先順位に設定してから伝送すれば、ＲＡＰ２３ａないし２３ｄ，ホームエージェント２４及びＡＡＡサーバー２５のような受信側では、暗号化されたデータを解釈することになる。

３５段階では、図５に示すように、発信地移動端末機のユーザデータを別途の暗号化及びトンネリング過程なしに、直ちにＲＡＰ２３ａないし２３ｄを通じて公衆インターネット網２１に伝送する。

すなわち、本発明に係るデータ通信方法では、制御情報データとユーザデータとが二分化されて処理される。

以上、本発明について、その望ましい実施例を挙げて説明した。本発明が属する技術分野における当業者ならば、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現できるということを理解しうる。したがって、前記した実施例は限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮せねばならない。本発明の範囲は前記した説明でなく特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にある全ての相違は本発明に含まれるものと解釈すべきである。

本発明は、ＩＰのような汎用プロトコルを用いる次世代移動通信システムに適用され、統合インターネットプロトコル基盤の移動通信サービスを提供可能にする。

一般的な３ＧＰＰの移動通信システムを示す図面である。 本発明に係る次世代移動通信システムの一実施例を示す図面である。 図２の移動通信システムにおけるデータ通信方法を説明するフローチャートである。 図３において制御情報データを伝送する経路を示す図面である。 図３においてユーザデータを伝送する経路を示す図面である。

符号の説明

２１ 公衆インターネット網
２２ａないし２２ｄ ＩＰルータ
２４ ホームエージェント
２５ ＡＡＡサーバー
２３ａないし２３ｄ 無線アクセスポイント

Claims (1)

1. ＩＰｖ６（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｖｅｒｓｉｏｎ ６）インターネットプロトコルにより運用される公衆インターネット網上で発信地移動端末機と目的地移動端末機間のパケットデータ伝送のためのゲートウェイ機能を行う複数のＩＰルータと、
   前記公衆インターネット網上の任意の位置に存在し、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機の初期登録、ＩＰルーティング及びルート最適化、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機の移動性管理を行うホームエージェントと、
   前記公衆インターネット網上の任意の位置に存在し、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機の前記公衆インターネット網接続のための認証、利用権限検証及び課金機能を行い、前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機に関連したＡＡＡ情報を貯蔵しているＡＡＡサーバーと、
   前記ＩＰルータに連結されて前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機と前記ＩＰルータとを接続させ、全般的な無線リンク機能を行うＲＡＰと、を含み、
   前記ホームエージェント、前記ＡＡＡサーバー、及び前記ＲＡＰは仮想私設網サービスを受け入れるように具現される移動通信システムにおけるデータ通信方法であって、
   （ａ） 第１通信方法を用いて制御情報データを伝送する段階と、
   （ｂ） 第２通信方法を用いてユーザデータを伝送する段階と、を含み、前記制御情報データ及び前記ユーザデータは二元化された方法により処理されて伝送され、
   前記（ａ）段階は、
   （ａ１） システム初期化時に前記ＲＡＰ間、前記ＲＡＰと前記ホームエージェント間及び前記ＲＡＰと前記ＡＡＡサーバー間に仮想私設網サービスを通じて通信を行って安全な通信経路を確保する段階と、
   （ａ２） 前記制御情報データを所定の方式で暗号化した後、前記暗号化された制御情報データに前記ユーザデータより高い優先順位を設定し、前記通信経路を通じて伝送する段階と、を含み、
   前記（ｂ）段階では前記発信地移動端末機および前記目的地移動端末機のユーザデータを前記ＲＡＰを通じて前記公衆インターネット網に直ちに伝送することを特徴とするデータ通信方法。

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